О короткопериодной динамике в ядре Земли по наземным наблюдениям геомагнитных джерков

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Применение специальной методики позволило выделить из измерений вариаций геомагнитного поля на нескольких среднеширотных обсерваториях серию джерков за 17 лет с 2004 по 2020 гг. Показано, что джерки следуют с квазипериодом 3–4 года. Для интерпретации этих экспериментальных результатов предложен возможный механизм возникновения быстрых изменений геомагнитного поля, обусловленный магниторотационной неустойчивостью в ядре Земли.

Об авторах

С. А. Рябова

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН; Институт динамики геосфер имени академика М.А. Садовского РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: riabovasa@mail.ru
Россия, г. Москва; Россия, г. Москва

С. Л. Шалимов

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Email: riabovasa@mail.ru
Россия, г. Москва

Список литературы

  1. Адушкин В.В., Рябова С.А., Спивак А.А. Геомагнитные эффекты природных и техногенных процессов. М.: ГЕОС. 2021. 264 с.
  2. Велихов Е.П. Устойчивость течения идеально проводящей жидкости между вращающимися цилиндрами в магнитном поле // Журн. экспериментальной и теоретической физики. 1959. Т. 36. № 5. С. 1398–1404.
  3. Голицын Г.С. Динамика природных явлений. М.: Физматлит. 2004. 344 с.
  4. Калинин Ю.Д. Вековые геомагнитные вариации и изменения длины суток // Метеорология и гидрология. 1949. № 3. С. 15‒19.
  5. Рябова С.А. Особенности вековой вариации геомагнитного поля на среднеширотных обсерваториях “Михнево” и “Бельск” // Геомагнетизм и аэрономия. 2019. Т. 59. № 1. С. 125–136. https://doi.org/10.1134/S0016794018060147
  6. Шалимов С.Л. О магниторотационной неустойчивости в земном ядре // Физика Земли. 2014. № 4. С. 3‒7.
  7. Шалимов С.Л., Ольшанская Е.В. О вариациях частоты вращения Земли, обусловленных нестабильными течениями в жидком ядре // Физика Земли. 2016. № 6. С. 139‒143.
  8. Abarca del Rio R., Gambis D., Salstein D.A. Interannual signals in length of day and atmospheric angular momentum // Annales Geophysicae. 2000. V. 18. P. 347‒364.
  9. Ahmad M.F., Isa N.A.M., Lim W.H., Ang K.M. Differential evolution: A recent review based on state-of-the-art works // Alexandria Engineering J. 2022. V. 61. № 5. P. 3831‒3872. https://doi.org/10.1016/j.aej.2021.09.013
  10. Alexandrescu M., Gibert D., Hulot G., LeMouel J.L. Detection of geomagnetic jerks using wavelet analysis // J. Geophysical Research. 1995. V. 100. P. 12557‒12572.
  11. Alexandrescu M., Gibert D., Hulot G., LeMouel J.L. Worldwide wavelet analysis of geomagnetic jerks // J. Geophysical Research. 1996. V. 101. P. 21975‒21994.
  12. Alexandrescu M., Gibert D., LeMouel J.L., Hulot G. An estimate of average lower mantle conductivity by wavelet analysis of geomagnetic jerks // J. Geophysical Research. 1999. V. 104. P. 17135‒17746.
  13. Bloxham J., Zatman S., Dumberry M. The origin of geomagnetic jerks // Nature. 2002. V. 420. P. 65‒68.
  14. Brown W., Mound J., Livermore P. Jerks abound: an analysis of geomagnetic observatory data from 1957 to 2008 // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 2013. V. 223. P. 62–76.
  15. Chen C.W.S., Chan J.S.K., Gerlach R., Hsieh W.Y.L. A comparison of estimators for regression models with change points // Statistics and Computing. 2011. V. 21. P. 395–414. https://doi.org/10.1007/s11222-010-9177-0
  16. Chulliat A., Maus S. Geomagnetic secular acceleration, jerks, and a localized standing wave at the core surface from 2000 to 2010 // J. Geophysical Research: Solid Earth. 2014. V. 119. P. 1531–1543.
  17. Chulliat A., Thébault E., Hulot G. Core field acceleration pulse as a common cause of the 2003 and 2007 geomagnetic jerks // Geophysical Research Letters. 2010. V. 37. № 7. L07301. https://doi.org/10.1029/2009GL042019
  18. Courtillot V., Le Mouel J.L. Time variations of the Earth’s magnetic field: From daily to secular // Annual Review of Earth and Planetary Sciences. 1988. V. 16. P. 389‒476.
  19. Das S., Mullick S.S., Suganthan P.N. Recent Advances in Differential Evolution – an Updated Survey // Swarm and Evolutionary Computation. 2016. V. 27. P. 1–30.
  20. Draper N.R., Smith H. Applied regression analysis. 3rd ed. V. 326. N.Y.: John Wiley & Sons. 2014. 158 p.
  21. Duan P., Huang C. Intradecadal variations in length of day and their correspondence with geomagnetic jerks // Nature Communications. 2020. V. 11. https://doi.org/10.1038/s41467-020-16109-8
  22. Freund R.J., Wilson W.J., Sa P. Regression analysis. 2nd ed. N.Y.: Academic Press. 2006. 270 p.
  23. Gillet N., Jault D., Canet E., Fournier A. Fast torsional waves and strong magnetic field within the Earth’s core // Nature. 2010. V. 465. P. 74‒77.
  24. Gire C., Le Mouel J.L., Ducruix J. Evolution of the geomagnetic secular variation field from the beginning of the century // Nature. 1984. V. 307. P. 349‒352.
  25. Golovchenko N. Least-squares fit of a continuous piecewise linear function. 2004. http://golovchenko.org/docs/ContinuousPiecewiseLinearFit.pdf
  26. Hawkins D.M. On the choice of segments in piecewise approximation // IMA Journal of Applied Mathematics. 1972. V. 9. № 2. P. 250‒256.
  27. Holme R., de Viron O. Geomagnetic jerks and a high-resolution length-of-day profile for core studies // Geophysical Journal International. 2005. V. 160. № 2. P. 435‒439.
  28. Jackson A. Time-dependency of tangentially geostrophic core surface motions // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 1997. V. 103. P. 293–311.
  29. Jankowski J., Marianiuk J., Ruta A., Sucksdorff C., Kivinen M. Long-term stability of a torque-balance variometer with photoelectric converters in observatory practice // Surveys in Geophysics. 1984. V. 6. № 3/4. P. 367–380.
  30. Jault D., Gire C., Le Moule J.L. Westward drift, core motions and exchanges of angular momentum between core and mantle // Nature. 1988. V. 333. P. 353‒356.
  31. Kotzé P.B. The 2014 geomagnetic jerk as observed by southern African magnetic observatories // Earth, Planets Space. 2017. V. 69. №17. https://doi.org/10.1186/s40623-017-0605-7
  32. Le Mouel J.L., Ducruix J., Duyen C.H. The worldwide character of the 1969-70 impulse of the secular variation rate // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 1982. V. 28. P. 337‒350.
  33. Loper D.E., Roberts P.H. Stelar and Planetary Magnetism / Soward A.M. (ed.). N.Y.: Gordon and Breach. 1983. 297 p.
  34. Macmillan S. A geomagnetic jerk for the early 1990’s // Earth and Planetary Science Letters. 1996. V. 137. P. 189‒192.
  35. Mandea M., Bellanger E., LeMouel J.-L. A geomagnetic jerk of the end of the 20th century // Earth and Planetary Science Letters. 2000. V. 183. P. 369‒373.
  36. Mandea M., Holme R., Pais A., Pinheiro K., Jackson A., Verbanac G. Geomagnetic jerks: Rapid core field variations and core dynamics // Space Science Reviews. 2010. V. 155. P. 147–175.
  37. Nagao H., Iyemori T., Higuchi T., Araki T. Lower mantle conductivity anomalies estimated from geomagnetic jerks // J. Geophysical Research: Solid Earth. 2003. V. 108. https://doi.org/10.1029/2002JB001786
  38. Olsen N., Mandea M. Rapidly changing flows in the Earth’s core // Nature Geoscience. 2008. V. 1. № 6. P. 390–394.
  39. Olsen N., Mandea M., Sabaka T.J., Tøffner-Clausen L. CHAOS-2-A geomagnetic field model derived from one decade of continuous satellite data // Geophysical J. International. 2009. V. 179. № 3. P. 1477–1487.
  40. Pais M.A., Jault D. Quasi-gestrophic flows responsible for the secular variation of the Earth’s magnetic field // Geophysical J. International. 2008. V. 173. № 2. P. 422‒443.
  41. Pavon-Carrasco F.J., Marsal S., Campuzano S.A. Torta J.M. Signs of a new geomagnetic jerk between 2019 and 2020 from Swarm and observatory data // Earth, Planets and Space. 2021. V. 73. https://doi.org/10.1186/s40623-021-01504-2
  42. Price K.V., Storn R.M., Lampinen J.A. Differential evolution: A practical approach to global optimization 1st ed. Springer: Berlin. 2005. 558 p.
  43. Roberts P.H., Glatzmaier G.A. Geodynamo theory and simulations // Reviews of Modern Physics. 2000. V. 72. P. 1081‒1123.
  44. Storn R., Price K. Differential evolution – a simple and efficient heuristic for global optimization over continuous spaces // J. Global Optimization. 1997. V. 11. № 4. P. 341–359.
  45. Torta J.M., Pavón-Carrasco F.J., Marsal S., Finlay C.C. Evidence for a new geomagnetic jerk in 2014 // Geophysical Research Letters. 2015. V. 42. P. 7933–7940.
  46. Wainer H. Piecewise regression: A simplified procedure // British J. Mathematical and Statistical Psychology. 1971. V. 24. № 1. P 83‒92.
  47. Walker J.B., O’Dea P.L. Geomagnetic secular change impulses // Transactions of the American Geophysical Union. 1952. V. 33. P. 797‒800.
  48. Weber F.V., Roberts E.B. The 1950 world isogonic chart // J. Geophysical Research. 1951. V. 56. P. 81‒84.
  49. Whaler K., Hammer M., Finlay C., Olsen N. Core-mantle boundary flows obtained purely from Swarm secular variation gradient information // EGU General Assembly 2020. Online. 2020. EGU2020-9616. https://doi.org/10.5194/egusphere-egu2020-9616
  50. Yang L., Liu S., Tsoka S., Papageorgiou L.G. Mathematical programming for piecewise linear regression analysis // Expert Systems with Applications. 2016. V. 44. P. 156–167. https://doi.org/10.1016/j.eswa.2015.08.034
  51. http://www.intermagnet.org сайт Международной магнитной сети INTERMAGNET (International RealTime Magnetic Observatory Network.)

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2.

Скачать (472KB)
Метаданные
3.

Скачать (457KB)
Метаданные
4.

Скачать (289KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2023